CN106656304A - 一种基于相关性的星载ais信号接收处理方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于相关性的星载AIS信号接收处理方法，包括：将AIS信号依次循环存储于第一存储区、第二存储区及第三存储区；根据本地同步码与所述真实AIS信号进行差分相关计算得到真实AIS信号的帧头位置及粗估计频偏值；根据所述最优抽取样点截取得到真实AIS信号的有效数据；将所述粗估计频偏值以复数形式补偿到真实AIS信号的有效数据中；将补偿后的有效数据经过FFT频偏补偿、锁相环跟踪及差分采样判决后输出二进制数据码元。另，本发明还提供一种基于相关性的星载AIS信号接收处理装置。本发明避免了多采样点串行搜索通过CRC校验判断最优采样点的计算量繁重的问题，提高了星载AIS信号接收解调的精度及效率。

Description

一种基于相关性的星载AIS信号接收处理方法及装置

技术领域

本发明卫星通信技术领域，具体涉及一种基于相关性的星载AIS信号接收处理方法及装置。

背景技术

卫星AIS(Automatic Identification System，船舶自动识别系统)是一种船舶定位技术，其通过低轨道的卫星接收船舶发送的AIS报文信息，卫星将接收和解码AIS报文信息转发给相应的地球站，从而让陆地管理机构掌握船舶的相关动态信息，实现对远海海域航行船舶的监控。

星载AIS系统的工作频率为VHF波段的CH87B(161.875MHz)和CH88B(162.025MHz)两个频道，其信息速率为9.6kbps，星载AIS信号相较于普通AIS信号具有较大多普勒频偏的特点，在低信噪比下，大范围时延与多普勒频移极易导致信号无法解码，很难直接满足常规GMSK调制信号采用差分采样判决的载频条件，因此，在使用差分检测译码算法对AIS接收信号译码时需要进行多普勒频偏的补偿。由于AIS信号为一种突发信号具有特定的信号格式，具有很好的相关性，所以通常采用基于差分相关的星载AIS信号频偏估计的方法来有效解决星载AIS接收机接收信号具有较大多普勒频偏的问题。

然而，现有技术中尚无对基于相关性的星载AIS信号捕获、解调的完整性方法提出，而且，由于星载AIS信号的一个时隙为26.67ms，信号量为256bit，信号时间短，因而星载AIS接收机存在AIS信号丢失及误捕的可能，即星载AIS接收机存在AIS信号漏捕及误捕的情况出现。另外，现有方法通过基于差分相关算法来实现帧同步及信号的粗估计时，由于最优采样点的不确定而应用n个采样点串行搜索的方式来达到对信号的正确解调，这样极大地增加了星载AIS接收机的计算量，给星载AIS接收机增加了负荷。

发明内容

技术问题

有鉴于此，本发明实施例提供一种基于相关性的星载AIS信号接收处理方法及装置，解决的技术问题为星载AIS接收机存在AIS信号漏捕及误捕的情况，以及星载AIS接收机的计算负荷较大。

问题的解决方案

一种基于相关性的星载AIS信号接收处理方法，包括以下步骤：

将经过下变频的AIS信号依次循环存储于第一存储区、第二存储区及第三存储区；

读取所述第一存储区、第二存储区及第三存储区中的AIS信号，分别计算所述AIS信号在预设码元长度的信号功率和、功率最大值、所述AIS信号在4T码元间隔下的第一相关信号能量值以及所述AIS信号在2T码元间隔下的第二相关信号能量值，并根据所述信号功率和、功率最大值、第一相关信号能量值及第二相关信号能量值判断得到真实AIS信号；

根据本地同步码与所述真实AIS信号进行差分相关计算得到真实AIS信号的帧头位置及粗估计频偏值；

根据所述真实AIS信号的帧头位置及四倍码元的同步码序列确定最优抽取样点，根据所述最优抽取样点截取得到真实AIS信号的有效数据；将所述粗估计频偏值以复数形式补偿到真实AIS信号的有效数据中；

将补偿后的有效数据经过FFT频偏补偿、锁相环跟踪及差分采样判决后输出二进制数据码元。

优选地，所述将经过下变频的AIS信号依次循环存储于第一存储区、第二存储区及第三存储区的步骤包括：

初始状态下，将接收到的经过下变频的AIS信号中1024个数据存储于第一存储区的前半区中；

下一个时刻状态时，将此时接收的经过下变频的AIS信号1024个数据同时存入第一存储区的后半区以及第二存储区的前半区中；

再下一个时刻状态时，将此时接收的经过下变频的AIS信号1024个数据同时存入第二存储区的后半区以及第三存储区的前半区中；

下一个时刻状态时，将此时接收的经过下变频的AIS信号1024个数据同时存入第三存储区的后半区以及第一存储区的前半区中，重复上述步骤将经过下变频的AIS信号依次循环存储于第一存储区、第二存储区及第三存储区；其中，所述一个时刻为AIS信号的一个时隙。

优选地，所述读取所述第一存储区、第二存储区及第三存储区中的AIS信号的步骤包括：

初始状态下，判断所述第三存储区中AIS信号数据容量是否大于预设值；

非初始状态下，判断所述第一存储区、第二存储区或第三存储区中AIS信号数据容量是否大于预设值，若是，则输出读取标志，并从第一存储区、第二存储区或第三存储区中读取AIS信号数据。

优选地，所述分别计算所述AIS信号在预设码元长度的信号功率和、功率最大值、所述AIS信号在4T码元间隔下的第一相关信号能量值以及所述AIS信号在2T码元间隔下的第二相关信号能量值，并根据所述信号功率和、功率最大值、第一相关信号能量值及第二相关信号能量值判断得到真实AIS信号的步骤包括：

并行的步骤A、步骤B及步骤C；

所述步骤A包括：

计算所述AIS信号中L个码元度的信号功率和s及功率最大值val：

val＝max{x_I ²(nT)+x_Q ²((n)T)}；

其中，L为预设码元长度，x_I(nT)与x_Q(nT)分别表示AIS信号的实部与虚部；

判断s＞a·val是否成立，若否，则直接舍弃所述AIS信号，其中，a为第一预设阈值；

所述步骤B包括：

计算所述AIS信号在4T码元间隔下的第一相关信号能量值：

h_m＝g_mI ²+g_mQ ²；

m为相关步长，m为4，求出g₄及h₄；

判断h₄＞b·s²是否成立，若否，则直接舍弃所述AIS信号；其中，b为第二预设阈值；

所述步骤C包括：

计算所述AIS信号在2T码元间隔下的第二相关信号能量值：

h_m＝g_mI ²+g_mQ ²；

m为相关步长，m为2，求出g₂及h₂；

判断h₂＜c·s²是否成立，若否，则直接舍弃所述AIS信号，其中，c为第三预设阈值；

在所述步骤A中判断条件s＞a·val、所述步骤B中判断条件h₄＞b·s²及所述步骤C中判断条件h₂＜c·s²均成立的情况下，判断所述AIS信号为真实AIS信号。

优选地，所述根据本地同步码与所述真实AIS信号进行差分相关计算得到真实AIS信号的帧头位置及粗估计频偏值的步骤之前还包括：

在所述AIS信号的预设码元长度小于AIS信号同步训练序列长度的情况下，计算当前存储区中当前时刻的AIS信号的帧头位置P_n及上一时刻输出读取标志的存储区中AIS信号的帧头位置P_p，在判断P_p-P_n>1024-L成立的情况下，直接舍弃当前存储区中当前时刻的AIS信号。

优选地，所述根据本地同步码与所述真实AIS信号进行差分相关计算得到真实AIS信号的帧头位置及粗估计频偏值的步骤包括：

P_t＝max{R(n)}，

fre＝arg{max|R(n)|}·9600/2π；

其中，L为AIS信号同步序列长度，m为延迟1bit的真实AIS信号在特定采样速率下所对应的点数,x(n)为接收真实AIS信号数据，序列b为本地生成同步码序列的AIS信号，R(n)为本地同步码与所述真实AIS信号的差分相关值，Pt为本地同步码与所述真实AIS信号的最大差分相关值，Pt所对应的n即为AIS信号帧头位置，fre表示真实AIS信号的粗估计频偏值。

优选地，所述根据所述真实AIS信号的帧头位置及四倍码元的同步码序列确定最优抽取样点的步骤包括：

本地生成四倍采样的真实AIS信号的同步码序列；

在四倍采样速率下，将真实AIS信号从其帧头位置前后再各取两采样点，分别以上述三个采样点为起始位置的AIS信号序列与所述本地生成同步码进行差分相关计算确定最优抽取样点。

优选地，所述分别以上述三个采样点为起始位置的AIS信号序列与所述本地生成同步码进行差分相关计算确定最优抽取样点步骤包括：

S_perfect＝max{R(n)}；

其中，n＝1,2,3，L₀为四倍采样下的同步序列长度，m为延迟1bit的真实AIS信号在特定采样速率下所对应的点数，R(n)为四倍采样下所述三个采样点的同步码序列与所述真实AIS信号的差分相关值，x(n)为接收真实AIS信号数据，序列b₄为四倍采样下本地生成同步码序列的AIS信号，R(n)为本地同步码与所述真实AIS信号的差分相关值，Sperfect为最优抽取样点。

优选地，所述将补偿后的有效数据经过FFT频偏补偿、锁相环跟踪及差分采样判决后输出二进制数据码元的步骤包括：

将补偿后的有效数据与本地同步码计算得到FFT频偏值并将所述FFT频偏值补偿到有效数据中；

以四倍抽取经FFT频偏补偿后有效数据的前32bit有效值与本地同步码积分累加值得到信号初相位，以所述信号初相位作为锁相环NCO初相值，将所述有效数据经二阶锁相环补偿AIS信号残留的频偏；

将经过锁相环补偿后的有效数据进行差分采样判决后输出二进制数据码元。

另，本发明还提供一种基于相关性的星载AIS信号接收处理装置，所述装置包括：

信号存储单元，用于将经过下变频的AIS信号依次循环存储于第一存储区、第二存储区及第三存储区；

信号读取单元，用于读取所述第一存储区、第二存储区及第三存储区中的AIS信号；

第一计算单元，用于分别计算所述AIS信号在预设码元长度的信号功率和、功率最大值、所述AIS信号在4T码元间隔下的第一相关信号能量值以及所述AIS信号在2T码元间隔下的第二相关信号能量值，并根据所述信号功率和、功率最大值、第一相关信号能量值及第二相关信号能量值判断得到真实AIS信号；

第二计算单元，用于根据本地同步码与所述真实AIS信号进行差分相关计算得到真实AIS信号的帧头位置及粗估计频偏值；

最优抽取样点估计单元，用于根据所述真实AIS信号的帧头位置及四倍码元的同步码序列确定最优抽取样点，根据所述最优抽取样点截取得到真实AIS信号的有效数据；

粗估计频偏补偿单元，用于将所述粗估计频偏值以复数形式补偿到真实AIS信号的有效数据中；

处理判决单元，用于将补偿后的有效数据经过FFT频偏补偿、锁相环跟踪及差分采样判决后输出二进制数据码元。

本发明的有益效果

采用上述技术方案，本发明至少可取得下述技术效果：

通过循环存储及读取方式避免了星载AIS信号的漏捕，通过捕获位置的判断增加实现了防误捕策略，避免了AIS信号的误捕；在星载AIS接收机上并行捕获AIS信号，并应用线性相干方式正确解调信号，解调过程中增加多采样点下的同步码参与差分相关计算，获得最优采样点，避免了多采样点串行搜索通过CRC校验判断最优采样点的计算量繁重的问题，提高了星载AIS信号接收解调的精度及效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。

图1是本实施例所述的基于相关性的星载AIS信号接收处理方法的具体流程图；

图2是本实施例所述的AIS信号的循环存储的示意图；

图3是本实施例所述的AIS信号防误捕的示意图；

图4是本实施例所述AIS信号格式的示意图；

图5是本实施例所述的基于相关性的星载AIS信号接收处理装置的结构示意图。

贯穿附图，应该注意的是，相似的标号用于描绘相同或相似的元件、特征和结构。

具体实施方式

提供以下参照附图的描述来帮助全面理解由权利要求及其等同物限定的本公开的各种实施例。以下描述包括帮助理解的各种具体细节，但是这些细节将被视为仅是示例性的。因此，本领域普通技术人员将认识到，在不脱离本公开的范围和精神的情况下，可对本文所述的各种实施例进行各种改变和修改。另外，为了清晰和简洁，公知功能和构造的描述可被省略。

以下描述和权利要求书中所使用的术语和词汇不限于文献含义，而是仅由发明人用来使本公开能够被清晰和一致地理解。因此，对于本领域技术人员而言应该明显的是，提供以下对本公开的各种实施例的描述仅是为了示例性目的，而非限制由所附权利要求及其等同物限定的本公开的目的。

应该理解，除非上下文明确另外指示，否则单数形式也包括复数指代。因此，例如，对“组件表面”的引用包括对一个或更多个这样的表面的引用。

本发明提供一种基于相关性的星载AIS信号接收处理方法，包括以下步骤：将经过下变频的AIS信号依次循环存储于第一存储区、第二存储区及第三存储区；读取所述第一存储区、第二存储区及第三存储区中的AIS信号，分别计算所述AIS信号在预设码元长度的信号功率和、功率最大值、所述AIS信号在4T码元间隔下的第一相关信号能量值以及所述AIS信号在2T码元间隔下的第二相关信号能量值，并根据所述信号功率和、功率最大值、第一相关信号能量值及第二相关信号能量值判断得到真实AIS信号；根据本地同步码与所述真实AIS信号进行差分相关计算得到真实AIS信号的帧头位置及粗估计频偏值；根据所述真实AIS信号的帧头位置及四倍码元的同步码序列确定最优抽取样点，根据所述最优抽取样点截取得到真实AIS信号的有效数据；将所述粗估计频偏值以复数形式补偿到真实AIS信号的有效数据中；将补偿后的有效数据经过FFT频偏补偿、锁相环跟踪及差分采样判决后输出二进制数据码元。

请参考图1，图1是本实施例基于相关性的星载AIS信号接收处理方法的具体流程图。本实施例所述的基于相关性的星载AIS信号接收处理方法包括如下步骤：

步骤101：将经过下变频的AIS信号依次循环存储于第一存储区、第二存储区及第三存储区。

在具体实现时，星载AIS接收机通过天线接收到AIS信号，并将所述AIS信号经下变频处理，以降低AIS信号的载波频率或是直接去除载波频率得到基带信号；同时，所述星载AIS接收机中FPGA设置三个存储区RAM，以用于循环存储的方式存储经过下变频的AIS信号。

请参阅图2，所述一个时隙(25.67ms)的星载AIS信号的大小为256bit，经四倍采样(在下变频的最后时刻用38.4kHz的采样率去采码元速率为9.6kHz的AIS信号，得到基带信号)后，所述一个时隙的星载AIS信号有效值为1024，其在存储时占用三个存储区域，即第一存储区、第二存储区及第三存储区，所述第一存储区、第二存储区及第三存储区的存储量为2048。

所述步骤101具体包括：

初始状态下，将接收到的经过下变频的AIS信号中1024个数据存储于第一存储区的前半区RAM1_a中；

下一个时刻状态S1时，将此时接收的经过下变频的AIS信号1024个数据同时存入第一存储区的后半区RAM1_b以及第二存储区的前半区RAM2_a中；

再下一个时刻状态S2时，将此时接收的经过下变频的AIS信号1024个数据同时存入第二存储区的后半区RAM2_b以及第三存储区的前半区RAM3_a中；

再下一个时刻状态S2时，将此时接收的经过下变频的AIS信号1024个数据同时存入第三存储区的后半区RAM3_b以及第一存储区的前半区RAM1_a中，重复上述步骤将经过下变频的AIS信号依次循环存储于第一存储区、第二存储区及第三存储区，其中，所述一个时刻为星载AIS信号的一个时隙，即所述星载AIS接收机存储的时间间隔为星载AIS信号的一个时隙。

步骤102：读取所述第一存储区、第二存储区及第三存储区中的AIS信号。

在具体实现时，在将AIS信号存储于第一存储区、第二存储区及第三存储区后需要读取数据进行并行捕获计算。所述步骤102具体包括：

初始状态下，判断所述第三存储区RAM3中AIS信号数据容量是否大于预设值；

非初始状态下，判断所述第一存储区RAM1、第二存储区RAM2或第三存储区RAM3中AIS信号数据容量是否大于预设值，若是，则输出读取标志，并从第一存储区RAM1、第二存储区RAM2或第三存储区RAM3中读取AIS信号数据。

本实施例中，所述预设值为1256，即为参与解调运算的有效数据，每一时刻从第一存储区RAM1、第二存储区RAM2或第三存储区RAM3中读取AIS信号数据大小为1024。

步骤103：分别计算所述AIS信号在预设码元长度的信号功率和、功率最大值、所述AIS信号在4T码元间隔下的第一相关信号能量值以及所述AIS信号在2T码元间隔下的第二相关信号能量值，并根据所述信号功率和、功率最大值、第一相关信号能量值及第二相关信号能量值判断得到真实AIS信号。

在具体实现时，本发明利用AIS信号的同步码自身及AIS信号在4倍码元周期间隔下高度相关，而AIS信号在2倍码元周期间隔下相关性最差的特点，从信号能量的角度应用能量相关的方法来度量AIS信号序列间的差异程度，设定三个门限值判断识别到真实AIS信号，并且，对接收到的AIS信号采用并行处理捕获(捕获即指步骤103中判断识别AIS信号的过程)。

所述步骤103具体包括：并行的步骤A、步骤B及步骤C；

所述步骤A包括：

计算所述AIS信号中L个码元度的信号功率和s及功率最大值val：

val＝max{x_I ²(nT)+x_Q ²((n)T)}；

其中，L为预设码元长度，x_I(nT)与x_Q(nT)分别表示AIS信号的实部与虚部(下变频得到的信号本身为复数形式)；

判断s＞a·val是否成立，若否，则直接舍弃所述AIS信号，其中，a为第一预设阈值；

本实施例中，经实际工程仿真验证a取值9。

上述该判断条件s＞a·val由AIS信号本身形式决定的，若满足该判断条件，则表明所计算的L长度的码元可能为AIS帧头部分；若不满足则可直接舍弃该接收的信号。

所述步骤B包括：

计算所述AIS信号在4T码元间隔下的第一相关信号能量值：

h_m＝g_mI ²+g_mQ ²；

m为相关步长，m为4，求出g₄及h₄；(h₄是AIS信号在4T码元间隔下的第一相关信号能量值)

判断h₄＞b·s²是否成立，其中，b为第二预设阈值。

本实施例中，经实际工程仿真验证b取值0.75。

其中，4T码元间隔下的AIS信号为完全相同的码元，其相关性最大，所以在满足上述判断条件h₄＞b·s²时，表明所接收信号满足4T码元间隔下相关性较大的特点，所接收AIS信号可能为真实AIS信号；若不满足上述判断条件h₄＞b·s²时，则可直接舍弃该接收的信号。

所述步骤C包括：

计算所述AIS信号在2T码元间隔下的第二相关信号能量值：

h_m＝g_mI ²+g_mQ ²；

m为相关步长，m为2，求出g₂及h₂；(h₂是AIS信号在2T码元间隔下的第二相关信号能量值)

判断h₂＜c·s²是否成立，若否，则直接舍弃所述AIS信号；其中，c为第三预设阈值。

本实施例中，经实际工程仿真验证c取值0.2。

其中，2T元间隔下的AIS信号为完全相反的码元，其功率相关性最小，在满足上述判断条件h₂＜c·s²时，表明所接收信号满足2T码元间隔下相关性较小的特点，所接收信号可能为AIS信号；若不满足上述判断条件h₂＜c·s²时，则可直接舍弃该接收的信号。

在所述步骤A中判断条件s＞a·val、所述步骤B中判断条件h₄＞b·s²及所述步骤C中判断条件h₂＜c·s²均成立的情况下，判断所述AIS信号为真实AIS信号。

需要说明的是，上述步骤A、B、C中三个过程在计算过程中的同时进行，同时取数，同时计算，三个阈值满足情况并行判断，通过三个判断条件均满足的条件筛选，从而得到真实AIS信号。

步骤104：在所述AIS信号的预设码元长度小于AIS信号同步训练序列长度的情况下，计算当前存储区中当前时刻的AIS信号的帧头位置P_n及上一时刻输出读取标志的存储区中AIS信号的帧头位置P_p，在判断P_p-P_n>1024-L成立的情况下，直接舍弃当前存储区中当前时刻的AIS信号。

在具体实现时，请参阅图3及图4，在AIS信号捕获过程中参与计算的预设码元长度L小于AIS信号同步训练序列长度的情况下，如图3所示，当前存储区假定为RAM_n中数据进行捕获，计算当前时刻的所得AIS信号的帧头位置为P_n，而上一时刻输出读取标志的RAM_p中数据进行粗捕所得AIS信号的帧头位置P_p；判断P_p-P_n>1024-L是否成立，若是，则表示此时截取到同一个时隙数据，直接舍弃当前存储区中当前时刻的AIS信号，然后对下一个出现读取标志的数据进行捕获运算，所述捕获即指步骤103中判断识别AIS信号的过程，所述时刻指的是输出读取标志状态，当前时刻与上一时刻的间隔为AIS信号的一个时隙。

这样，本发明通过从存储区中读取数据时增加判断条件来判断是否截取到同一个时隙数据，避免了AIS信号的误捕，通过捕获位置的判断增加实现了防误捕策略。

步骤105：根据本地同步码与所述真实AIS信号进行差分相关计算得到真实AIS信号的帧头位置及粗估计频偏值；

在具体实现时，请参阅图4，图4为AIS信号格式，其中，24bit训练序列与8bit开始标志构成32bit的本地同步码，所述本地同步码经NRZ编码之后由01010101……01111110变为00110011……00000001，基于该本地同步码的与所述真实AIS信号进行差分相关计算求得真实AIS信号的帧头位置与粗估计频偏值如下：

P_t＝max{R(n)}，

fre＝arg{max|R(n)|}·9600/2π；

其中，L为AIS信号同步序列长度，m为延迟1bit的真实AIS信号在特定采样速率下所对应的点数,x(n)为接收真实AIS信号数据，序列b为本地生成同步码序列的AIS信号，R(n)为本地同步码与所述真实AIS信号的差分相关值，Pt为本地同步码与所述真实AIS信号的最大差分相关值，Pt所对应的n即为AIS信号帧头位置，fre表示真实AIS信号的粗估计频偏值。

步骤106：根据所述真实AIS信号的帧头位置及四倍码元的同步码序列确定最优抽取样点。

在具体实现时，在上述步骤105中利用本地同步码与真实AIS信号由差分相关算法可得真实AIS信号的帧头位置，而输入四倍采样数据下，有效数据截取应从最优采样点开始。

所以步骤106具体包括：

本地生成四倍采样的真实AIS信号的同步码序列；

在四倍采样速率下，将真实AIS信号从其帧头位置前后再各取两采样点，分别以上述三个采样点为起始位置的AIS信号序列与所述本地生成同步码进行差分相关计算确定最优抽取样点。

即：

S_perfect＝max{R(n)}；

其中，n＝1,2,3，L₀为四倍采样下的同步序列长度，m为延迟1bit的真实AIS信号在特定采样速率下所对应的点数，R(n)为四倍采样下所述三个采样点的同步码序列与所述真实AIS信号的差分相关值，x(n)为接收真实AIS信号数据，序列b₄为四倍采样下本地生成同步码序列的AIS信号，R(n)为本地同步码与所述真实AIS信号的差分相关值，Sperfect为最优抽取样点。

步骤107：根据所述最优抽取样点截取得到真实AIS信号的有效数据。

在具体实现时，在确定最优抽取样点后，即由最优抽取样点S_perfect对接收数据进行有效截取。

步骤108：将所述粗估计频偏值以复数形式补偿到真实AIS信号的有效数据中。

在具体实现时，将所述粗估计频偏值以复数形式补偿到真实AIS信号的有效数据中，避免混入高频杂波。

步骤109：将补偿后的有效数据与本地同步码计算得到FFT频偏值并将所述FFT频偏值补偿到有效数据中。

在具体实现时，考虑到线性相关算法要求收发两端的载波要完全一致且星载AIS信号具有较大的多普勒情况，在频偏粗估计补偿完成后需要由FFT再次计算AIS信号的频偏并补偿。

所述步骤109具体为：

对补偿后的有效数据四倍抽取前32bit同步码与本地同步码共轭相乘由FFT精确估计得到FFT频偏值频偏值，并将所述FFT频偏值补偿到有效数据中。

z(n)＝x(nT)·b^*(nT),n＝1……32；

其中，x(nT)为以码元速率为采样率的接收数据，b(nT)为本地生成GMSK调制32bitAIS同步码，T为码元周期，b^*(nT)是b(nT)的共轭运算，对z(n)做FFT计算得频偏并补偿。

步骤110：以四倍抽取经FFT频偏补偿后有效数据的前32bit有效值与本地同步码积分累加值得到信号初相位，以所述信号初相位作为锁相环NCO初相值，将所述有效数据经二阶锁相环补偿AIS信号残留的频偏。

其中，θ为信号初相位，x(nT)为以码元速率为采样率的接收数据，b(nT)为本地生成GMSK调制32bitAIS同步码，T为码元周期，b^*(nT)是b(nT)的共轭运算。

步骤111：将经过锁相环补偿后的有效数据进行差分采样判决后输出二进制数据码元。

采用上述技术方案，该实施例可取得以下的技术效果：

本发明提出了一种基于相关性的星载AIS信号捕获、解调的完整的信号处理方法，通过循环存储及读取方式避免了星载AIS信号的漏捕，通过捕获位置的判断增加实现了防误捕策略，避免了AIS信号的误捕；在星载AIS接收机上并行捕获AIS信号，并应用线性相干方式正确解调信号，解调过程中增加多采样点下的同步码参与差分相关计算，获得最优采样点，避免了多采样点串行搜索通过CRC校验判断最优采样点的计算量繁重的问题，提高了星载AIS信号接收解调的精度及效率。

另，请参阅图5，图5为本发明基于相关性的星载AIS信号接收处理装置的结构示意图。所述装置包括：

信号存储单元10，用于将经过下变频的AIS信号依次循环存储于第一存储区、第二存储区及第三存储区；

信号读取单元20，用于读取所述第一存储区、第二存储区及第三存储区中的AIS信号；

第一计算单元30，用于分别计算所述AIS信号在预设码元长度的信号功率和、功率最大值、所述AIS信号在4T码元间隔下的第一相关信号能量值以及所述AIS信号在2T码元间隔下的第二相关信号能量值，并根据所述信号功率和、功率最大值、第一相关信号能量值及第二相关信号能量值判断得到真实AIS信号；

第二计算单元40，用于根据本地同步码与所述真实AIS信号进行差分相关计算得到真实AIS信号的帧头位置及粗估计频偏值；

最优抽取样点估计单元50，用于根据所述真实AIS信号的帧头位置及四倍码元的同步码序列确定最优抽取样点，根据所述最优抽取样点截取得到真实AIS信号的有效数据；

粗估计频偏补偿单元60，用于将所述粗估计频偏值以复数形式补偿到真实AIS信号的有效数据中；

处理判决单元70，用于将补偿后的有效数据经过FFT频偏补偿、锁相环跟踪及差分采样判决后输出二进制数据码元。

应该注意的是，如上所述的本公开的各种实施例通常在一定程度上涉及输入数据的处理和输出数据的生成。此输入数据处理和输出数据生成可在硬件或者与硬件结合的软件中实现。例如，可在移动装置或者相似或相关的电路中采用特定电子组件以用于实现与如上所述本公开的各种实施例关联的功能。另选地，依据所存储的指令来操作的一个或更多个处理器可实现与如上所述本公开的各种实施例关联的功能。如果是这样，则这些指令可被存储在一个或更多个非暂时性处理器可读介质上，这是在本公开的范围内。处理器可读介质的示例包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、CD-ROM、磁带、软盘和光学数据存储装置。另外，用于实现本公开的功能计算机程序、指令和指令段可由本公开所属领域的程序员容易地解释。

尽管已参照本公开的各种实施例示出并描述了本公开，但是本领域技术人员将理解，在不脱离由所附权利要求及其等同物限定的本公开的精神和范围的情况下，可对其进行形式和细节上的各种改变。

Claims (10)

1.一种基于相关性的星载AIS信号接收处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

将经过下变频的AIS信号依次循环存储于第一存储区、第二存储区及第三存储区；

读取所述第一存储区、第二存储区及第三存储区中的AIS信号，分别计算所述AIS信号在预设码元长度的信号功率和、功率最大值、所述AIS信号在4T码元间隔下的第一相关信号能量值以及所述AIS信号在2T码元间隔下的第二相关信号能量值，并根据所述信号功率和、功率最大值、第一相关信号能量值及第二相关信号能量值判断得到真实AIS信号；

根据本地同步码与所述真实AIS信号进行差分相关计算得到真实AIS信号的帧头位置及粗估计频偏值；

根据所述真实AIS信号的帧头位置及四倍码元的同步码序列确定最优抽取样点，根据所述最优抽取样点截取得到真实AIS信号的有效数据；将所述粗估计频偏值以复数形式补偿到真实AIS信号的有效数据中；

将补偿后的有效数据经过FFT频偏补偿、锁相环跟踪及差分采样判决后输出二进制数据码元。

2.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述将经过下变频的AIS信号依次循环存储于第一存储区、第二存储区及第三存储区的步骤包括：

初始状态下，将接收到的经过下变频的AIS信号中1024个数据存储于第一存储区的前半区中；

下一个时刻状态时，将此时接收的经过下变频的AIS信号1024个数据同时存入第一存储区的后半区以及第二存储区的前半区中；

再下一个时刻状态时，将此时接收的经过下变频的AIS信号1024个数据同时存入第二存储区的后半区以及第三存储区的前半区中；

下一个时刻状态时，将此时接收的经过下变频的AIS信号1024个数据同时存入第三存储区的后半区以及第一存储区的前半区中，重复上述步骤将经过下变频的AIS信号依次循环存储于第一存储区、第二存储区及第三存储区；其中，所述一个时刻为AIS信号的一个时隙。

3.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述读取所述第一存储区、第二存储区及第三存储区中的AIS信号的步骤包括：

初始状态下，判断所述第三存储区中AIS信号数据容量是否大于预设值；

非初始状态下，判断所述第一存储区、第二存储区或第三存储区中AIS信号数据容量是否大于预设值，若是，则输出读取标志，并从第一存储区、第二存储区或第三存储区中读取AIS信号数据。

4.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述分别计算所述AIS信号在预设码元长度的信号功率和、功率最大值、所述AIS信号在4T码元间隔下的第一相关信号能量值以及所述AIS信号在2T码元间隔下的第二相关信号能量值，并根据所述信号功率和、功率最大值、第一相关信号能量值及第二相关信号能量值判断得到真实AIS信号的步骤包括：

并行的步骤A、步骤B及步骤C；

所述步骤A包括：

计算所述AIS信号中L个码元度的信号功率和s及功率最大值val：

$s=\underset{n=0}{\overset{L}{\Σ}}\{{x_I}^2\left(nT\right)+{x_Q}^2\left(nT\right)\},$

val＝max{x_I ²(nT)+x_Q ²((n)T)}；

其中，L为预设码元长度，x_I(nT)与x_Q(nT)分别表示AIS信号的实部与虚部；

判断s＞a·val是否成立，若否，则直接舍弃所述AIS信号，其中，a为第一预设阈值；

所述步骤B包括：

计算所述AIS信号在4T码元间隔下的第一相关信号能量值：

$g_m=\underset{n=0}{\overset{L}{\Σ}}\left\{x\left(nT\right)x^{*}\left(\right(n+m\left)T\right)\right\},$

h_m＝g_mI ²+g_mQ ²；

m为相关步长，m为4，求出g₄及h₄；

判断h₄＞b·s²是否成立，若否，则直接舍弃所述AIS信号；其中，b为第二预设阈值；

所述步骤C包括：

计算所述AIS信号在2T码元间隔下的第二相关信号能量值：

$g_m=\underset{n=0}{\overset{L}{\Σ}}\left\{x\left(nT\right)x^{*}\left(\right(n+m\left)T\right)\right\},$

h_m＝g_mI ²+g_mQ ²；

m为相关步长，m为2，求出g₂及h₂；

判断h₂＜c·s²是否成立，若否，则直接舍弃所述AIS信号，其中，c为第三预设阈值；

在所述步骤A中判断条件s＞a·val、所述步骤B中判断条件h₄＞b·s²及所述步骤C中判断条件h₂＜c·s²均成立的情况下，判断所述AIS信号为真实AIS信号。

5.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述根据本地同步码与所述真实AIS信号进行差分相关计算得到真实AIS信号的帧头位置及粗估计频偏值的步骤之前还包括：

在所述AIS信号的预设码元长度小于AIS信号同步训练序列长度的情况下，计算当前存储区中当前时刻的AIS信号的帧头位置P_n及上一时刻输出读取标志的存储区中AIS信号的帧头位置P_p，在判断P_p-P_n>1024-L成立的情况下，直接舍弃当前存储区中当前时刻的AIS信号。

6.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述根据本地同步码与所述真实AIS信号进行差分相关计算得到真实AIS信号的帧头位置及粗估计频偏值的步骤包括：

$R\left(n\right)=\underset{k=0}{\overset{L-1}{\Σ}}\{x(n+k)x^{*}(n+k+m)\·{\[b\left(k\right)\·b(k+m)\]}^{*}\},$

P_t＝max{R(n)}，

fre＝arg{max|R(n)}·9600/2π；

其中，L为AIS信号同步序列长度，m为延迟1bit的真实AIS信号在特定采样速率下所对应的点数,x(n)为接收真实AIS信号数据，序列b为本地生成同步码序列的AIS信号，R(n)为本地同步码与所述真实AIS信号的差分相关值，Pt为本地同步码与所述真实AIS信号的最大差分相关值，Pt所对应的n即为AIS信号帧头位置，fre表示真实AIS信号的粗估计频偏值。

7.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述根据所述真实AIS信号的帧头位置及四倍码元的同步码序列确定最优抽取样点的步骤包括：

本地生成四倍采样的AIS信号的同步码序列；

在四倍采样速率下，将真实AIS信号从其帧头位置前后再各取两采样点，

分别以上述三个采样点为起始位置的AIS信号序列与所述本地生成同步码进行差分相关计算确定最优抽取样点。

8.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述分别以上述三个采样点为起始位置的AIS信号序列与所述本地生成同步码进行差分相关计算确定最优抽取样点步骤包括：

$R\left(n\right)=\underset{k=0}{\overset{L_0-1}{\Σ}}\{x(n+k)x^{*}(n+k+m)\·{\[b_4\left(k\right)\·b_4(k+m)\]}^{*}\}$

S_perfect＝max{R(n)}；

其中，n＝1,2,3，L₀为四倍采样下的同步序列长度，m为延迟1bit的真实AIS信号在特定采样速率下所对应的点数，R(n)为四倍采样下所述三个采样点的同步码序列与所述真实AIS信号的差分相关值，x(n)为接收真实AIS信号数据，序列b₄为四倍采样下本地生成同步码序列的AIS信号，R(n)为本地同步码与所述真实AIS信号的差分相关值，Sperfect为最优抽取样点。

9.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述将补偿后的有效数据经过FFT频偏补偿、锁相环跟踪及差分采样判决后输出二进制数据码元的步骤包括：

将补偿后的有效数据与本地同步码计算得到FFT频偏值并将所述FFT频偏值补偿到有效数据中；

以四倍抽取经FFT频偏补偿后有效数据的前32bit有效值与本地同步码积分累加值得到信号初相位，以所述信号初相位作为锁相环NCO初相值，将所述有效数据经二阶锁相环补偿AIS信号残留的频偏；

将经过锁相环补偿后的有效数据进行差分采样判决后输出二进制数据码元。

10.一种基于相关性的星载AIS信号接收处理装置，其特征在于，所述装置包括：

信号存储单元，用于将经过下变频的AIS信号依次循环存储于第一存储区、第二存储区及第三存储区；

信号读取单元，用于读取所述第一存储区、第二存储区及第三存储区中的AIS信号；

第一计算单元，用于分别计算所述AIS信号在预设码元长度的信号功率和、功率最大值、所述AIS信号在4T码元间隔下的第一相关信号能量值以及所述AIS信号在2T码元间隔下的第二相关信号能量值，并根据所述信号功率和、功率最大值、第一相关信号能量值及第二相关信号能量值判断得到真实AIS信号；

第二计算单元，用于根据本地同步码与所述真实AIS信号进行差分相关计算得到真实AIS信号的帧头位置及粗估计频偏值；

最优抽取样点估计单元，用于根据所述真实AIS信号的帧头位置及四倍码元的同步码序列确定最优抽取样点，根据所述最优抽取样点截取得到真实AIS信号的有效数据；

粗估计频偏补偿单元，用于将所述粗估计频偏值以复数形式补偿到真实AIS信号的有效数据中；

处理判决单元，用于将补偿后的有效数据经过FFT频偏补偿、锁相环跟踪及差分采样判决后输出二进制数据码元。